核电主泵停机密封调试及改进研究

蔡茂生++郝祥伟

摘 要：本文主要介绍了某核电厂核主泵停机密封的主要结构、组成以及调试过程中发现的问题，针对调试中遇到的问题做了简要分析，并对原结构进行了改進研究，最终解决了问题，为核主泵的安全运行提供了保障。

关键词：核主泵；机械密封；停机密封；调试

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0179-01

1 概述

国内某核电厂核主泵采用了奥地利ANDRITZ厂家的产品，ANDRITZ 核主泵其中不同于其他商家产品的特点之一是设计了停机密封组件。停机密封是一种特别形状的活塞，通过一套充气和排气装置来实现其功能，其主要作用是当机械密封发生损坏或者严重的注入水故障，停机密封作为最后的屏障，起到防止核反应堆冷却剂泄漏的作用，而在核主泵正常运行时，停机密封由设置的弹簧来保持开启位置。

2 停机密封的工作原理

停机密封安装在核主泵的第3级机械密封之上，与核主泵低压泄漏管线隔离阀、高压泄漏管线隔离阀、以及轴封水注入管线上的隔离阀相配合操控：停机密封的投运是靠氮气释放阀关闭，供应管线电磁阀开启，通过氮气供应系统（RAZ）引入压力为0.7MPa的氮气来实现的；如果核主泵第3级密封发生严重的故障时，在核主泵的转子停运后，需把停机密封投运，把各主泵机封组件管线上的电动阀关闭，一回路内部水压往关闭方向作用于停机密封上，停机密封上的活塞向上移动，直到活塞中的O型环压住泵转子联轴器的下半部，这样就能避免一回路冷却剂从核主泵流出，防止了因其机械密封损坏而导致LOCA（失水事故）事故的发生。

在核主泵启动前，退出核主泵停机密封，在低压泄漏管线投运的情况下，通过先关闭其氮气供应阀，再打开其氮气释放阀来实现。

3 停机密封试验分析

3.1 通道试验

首先对停机密封组件上的各设备的动力和控制回路的电缆接线进行验证。

3.2 逻辑控制通道试验

确保边界隔离完整和可控的情况下，通过以下两个阶段进行测试：

1）电动阀门在试验位置进行模拟操作进行逻辑控制回路验证；2）电动阀在送电位置对阀门进行单体试验。

3.3 核主泵停机密封在氮气释放管线未改造时功能验证

3.3.1 试验情况

初始条件：RAZ系统压力0.7MPa，核主泵停运，核主泵低压泄漏隔离阀关闭，停机密封氮气释放阀关闭，供气阀开启，确认核主泵停机密封关闭，停机密封氮气释放管线下游连接至下游RPE（核岛疏水排气系统）系统。

试验过程：打开核主泵低压泄漏隔离阀，关闭氮气供气阀，打开氮气释放阀，测量停机密封开度。

试验结果：停机密封并没有开启。

3.3.2 原因分析

经过逐一检查和分析，发现是由于停机密封氮气释放阀下游管线连接至下游RPE系统，存在下游排气不畅，憋压所致，所以需要对氮气释放管线进行对空改造。

4 核主泵停机密封在氮气释放管线改造后功能验证

4.1 试验情况

初始条件：氮气释放管线下游排空；RAZ系统压力0.7MPa；核主泵停运，停机密封已切除。

试验过程：

打开核主泵低压泄漏隔离阀，关闭氮气供气阀，打开氮气释放阀，测量停机密封开度。

打开电磁阀，模拟供气阀“失电开”状态，测量停机密封开度。

试验结果：1-2秒时全部打开，3-4秒内回落到50%，5秒以后全关。

4.2 原因分析

此次试验结果与下游管线接RPE不同，当氮气释放管线与RPE连接时，停机密封持续投运，而下游排空时，停机密封先投运，稳定后处于切除状态。这说明，下游管线的排空有利于氮气的顺利释放，如果连RPE将造成停机密封的持续保压。

本次试验中，前两秒停机密封全投运，原因为氮气阀开启瞬间，RAZ系统压力大、流量大，导致释放阀的节流减压作用明显，造成停机密封投运。

4秒后，即使有持续的氮气流也未能顶开停机密封，说明排空稳定情况下RAZ系统的氮气流量不足以使停机密封误投运。也说明释放管线排空有利于避免停机密封误投运。

5 核主泵停机密封功能安全运行改进研究

核主泵停机密封供给阀是电磁阀，上游电源来自LNE（220V交流不间断供电系统），核主泵停机密封氮气供应阀存在失电或意外故障开启的情况，所以为了避免这种意外的发生致使停机密封在核主泵运转时误投的风险，实施以下改造方案：

（1）停机密封释放管线排空的方案。

（2）在氮气供气管线上靠近停机密封的位置设置节流孔板，保证在电磁阀开启瞬间降低氮气释放流量，避免出现误投现象。根据现场管线布置情况，氮气供气管线法兰连接位置增一个直径4mm、厚度2mm的节流孔板。

（3）改造后试验结果。

停机密封正常投运和退出时，功能正常；在停机密封切除情况下对氮气供气阀意外开启试验，试验结果是停机密封没有投运，满足要求。

6 结语

在核主泵正常运行中，核主泵停机密封处在退出状态，经过在氮气释放管线排空和氮气供应管线上增加合适的节流孔板改进后，停机密封既能满足核主泵停运后正常投运，又能避免由于氮气释放阀的意外开启而在正常运行工况下被损坏的风险，此次改进，并没有改变原有管线的压力边界完整性，并经过了首台机组的两个换了周期的验证，结果满足核主泵的安全运行。

参考文献

[1]朱继洲.核反应堆安全分析[M].北京：原子能出版社，1998：108-196.

[2]蔡龙，张丽平.浅谈压水堆核电站主泵[J].水泵技术，2007（4）：1-9.